CN106895809B - 一种中压开关柜触头行程测量方法 - Google Patents

Abstract

一种中压开关柜触头行程测量方法，涉及中压开关柜。提供需要的传感器少，易于安装，测量方法简单，误差小的一种中压开关柜触头行程测量方法。在惯性系统基础上，通过加速度传感器实现触头的测量，利用加速度传感器测量开关运动主轴的加速度，以两个加速度传感器的变化作为原始数据，计算触头的行程。所述加速度传感器用于安装断路器传动机构的主轴旋转部位，两个加速度传感器安装夹角为90°，用于测量与断路器动触头运动同步的角加速度信号，并将测量的信号输入到后台控制中心进行处理计算。所述加速度传感器在测量时不需要进行初始化操作，根据两个加速度的相对测量值即可算出触头行程量，解决了初始矫正的问题。

Description

一种中压开关柜触头行程测量方法

技术领域

本发明涉及中压开关柜，尤其是涉及一种中压开关柜触头行程测量方法。

背景技术

近年来，随着传感器技术的发展，智能电网规模快速推广。智能一次设备作为智能电网执行控制的重要电力设备，对电网的稳定、安全、高效地运行起着关键作用。断路器作为开关设备的关键组成部分，实时在线监测其状态信息，实现开关设备的智能化势在必行。

目前电力系统中推广的是全封闭型的开关柜，开关在工作状态时，通过控制装置来实现分合闸操作。如果动静触头插入行程不够，就容易在开断过程中产生燃弧现象，烧毁触头，缩短开关柜的使用寿命，并造成安全事故。通常通过增设常规的在线监测装置是进行中压开关设备状态评估的一个重要手段，但是，中压开关柜的数量众多，涉及不同的厂家，不同的电压等级，不同的机械结构等，给在线监测带来极大的困难。在实际应用中迫切需要一套简要、有效的中压开关设备评估技术，其中测量开关柜触头行程是必然的组成部分。

王小华等(王小华，苏彪等.中压开关柜在线监测装置的研制.高压电器,2009,45(3))选用WDD35D系列精密导电塑料电位器作为角位移传感器来测量动触头行程。中国专利CN103542825A公开一种断路器行头测量方法及系统，通过两路正交增量型编码器来测量断路器动触点的旋转角度，根据确定的计数方式对断路器的行程进行测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有的触头行程测量方法中需要人为校正初始状态，以及传感器难安装等问题，提供需要的传感器少，易于安装，测量方法简单，误差小的一种中压开关柜触头行程测量方法。

本发明包括以下步骤：

1)当中压开关柜发生分合、闸动作时，主轴旋转θ度，与初始位置相比，加速度传感器的相对位置发生变化，加速度传感器受到竖直方向的重力以及圆心方向的向心力，沿着主轴运动的切线方向和圆心方向对第1加速度传感器进行受力分析：

其中，S_1x、S_1y分别为第1加速度传感器在切线方向和圆心方向上的测量值，a_1x、a_1y分别为第1加速度传感器的线加速度和向心加速度，θ为主轴旋转的角度；

2)根据圆周运动加速度计算公式：

其中，w为中压开关柜主轴的旋转角速度，r为第1加速度传感器安装的位置距离圆心的距离；

将公式(2)代入公式(1)，得到公式(3)：

3)同理对第2加速度传感器进行受力分析：

利用三角函数公式，对公式(4)进行变化，得：

用公式(5)减去公式(2)，得：

S_2x-S_1x＝g(sinθ-cosθ) (6)

利用三角函数，对公式(5)进行变化，得：

其中，g是重力加速度，主轴旋转的角度θ只与第1加速度传感器的测量值S_1x和第2加速度传感器的测量值S_2x有关，因此，只需读取两个加速度传感器测量值S_1x、S_2x，即可求出主轴旋转的角度θ，再根据公式d＝θR，其中R为加速度传感器与主轴圆心的距离，即可求出动触头运动行程d。

为了验证本发明中对角位移测量的准确性，可利用Matlab软件中的Simulink工具对主轴角位移量的理论值以及反算值进行仿真。

本发明在惯性系统基础上，通过加速度传感器实现触头的测量，利用加速度传感器测量开关运动主轴的加速度，以两个加速度传感器的变化作为原始数据，计算触头的行程。

所述加速度传感器用于安装断路器传动机构的主轴旋转部位，两个加速度传感器安装夹角为90°，用于测量与断路器动触头运动同步的角加速度信号，并将测量的信号输入到后台控制中心进行处理计算。

所述加速度传感器在测量时不需要进行初始化操作，根据两个加速度的相对测量值即可算出触头行程量，解决了初始矫正的问题。

本发明的加速度传感器与开关柜触头运动行程之间存在反三角函数关系。

附图说明

图1是本发明中涉及两个加速度传感器安装位置的示意图。

图2是本发明中涉及行程改变后加速度传感器的位置示意图。

图3是本发明中涉及加速度传感器的受力分析示意图。

图4是本发明中涉及主轴角位移行程测量理论值与反算值对比图；在图4中，曲线a为主轴角位移行程测量理论值，b为主轴角位移行程测量反算值。

图5是本发明中涉及主轴角位移行程反算结果的误差曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的加速度传感器安装方法如图1所示，其具体的安装如下：

在中压开关柜断路器主轴的侧面上，安装第1加速度传感器1和第2加速度传感器2，用于采集两个点的位置信息。第1加速度传感器1和第2加速度传感器2之间的夹角为90°，安装方向相同，要求两个加速度传感器同圆心的距离相等。

本发明的触头行程测量方法具体实施如下：

如图2所示，中压开关柜发生分合、闸动作时，主轴旋转θ度。与初始位置相比，加速度传感器的相对位置发生变化，对此刻的第1加速度传感器1进行受力分析，如图3所示：

第1加速度传感器1受到竖直方向的重力，以及圆心方向的向心力，沿着主轴运动的切线方向和圆心方向对第1加速度传感器1进行受力分析：

其中S_1x、S_1y分别为第1加速度传感器1在切线方向、圆心方向上的测量值，a_1x、a_1y分别为第1加速度传感器1的线加速度和向心加速度，θ为主轴旋转的角度。

根据圆周运动加速度计算公式：

其中，w为中压开关柜主轴的旋转角速度，r为第1加速度传感器1安装位置距离圆心的距离。

将公式(2)代入公式(1)，可得到公式：

同理对第2加速度传感器2进行受力分析：

利用三角函数公式，对公式(4)进行变化，可得：

用公式(5)减去公式(2)，可得：

S_2x-S_1x＝g(sinθ-cosθ) (6)

利用三角函数，对公式(5)进行变化，可得：

其中，g是重力加速度，由公式(7)可以看出，主轴旋转的角度θ只与第1加速度传感器1的测量值S_1x和第2加速度传感器2的测量值S_2x有关。因此，只需读取两个加速度传感器的测量值，即可求出主轴旋转的角度，再根据公式d＝θR，其中R为加速度传感器与主轴圆心的距离，即可求出动触头运动行程d。

为了验证本发明中对角位移测量的准确性，利用Matlab软件中的Simulink工具对主轴角位移量的理论值以及反算值进行仿真。

如图4所示为分合闸过程中断路器主轴角位移量的理论值与根据公式(7)反算出的值的仿真结果比较。仿真过程中为更好体现实际情况，有考虑测量噪声。反算值与理论值误差如图5所示，从图中可以看出，反算结果与理论结果吻合，误差控制在0.2％以内。

本发明所述的方法解决了直线传感器难以应用于中压开关设备的问题，采用小巧轻便的加速度传感器，根据角位移与直线位移之间的关系，获得触头运动行程，实现了用简单装置解决高精度测量的问题。

Claims (1)

1.一种中压开关柜触头行程测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)当中压开关柜发生分、合闸动作时，主轴旋转θ度，与初始位置相比，加速度传感器的相对位置发生变化，加速度传感器受到竖直方向的重力以及圆心方向的向心力，沿着主轴运动的切线方向和圆心方向对第1加速度传感器进行受力分析：

其中，S_1x、S_1y分别为第1加速度传感器在切线方向和圆心方向上的测量值，a_1x、a_1y分别为第1加速度传感器的线加速度和向心加速度，θ为主轴旋转的角度；

2)根据圆周运动加速度计算公式：

其中，w为中压开关柜主轴的旋转角速度，r为第1加速度传感器安装的位置距离圆心的距离；

将公式(2)代入公式(1)，得到公式(3)：

3)同理对第2加速度传感器进行受力分析：

其中，S_2x为第二加速度传感器在切线方向上的测量值，S_2y为第二加速度传感器在圆心方向上的测量值；利用三角函数公式，对公式(4)进行变化，得：

用公式(5)减去公式(2)，得：

S_2x-S_1x＝g(sinθ-cosθ) (6)

利用三角函数，对公式(5)进行变化，得：

其中，g是重力加速度，主轴旋转的角度θ只与第1加速度传感器的测量值S_1x和第2加速度传感器的测量值S_2x有关，因此，只需读取两个加速度传感器测量值S_1x、S_2x，即求出主轴旋转的角度θ，再根据公式d＝θR，其中R为加速度传感器与主轴圆心的距离，即求出动触头运动行程d。